التركيب الخوارزمي

هذا نهجٌ لتوليف الموسيقى يتضمن "ترجمة" المعلومات من وسيط غير موسيقي إلى صوت جديد. يمكن أن تكون الترجمة قائمة على قواعد أو عشوائية . على سبيل المثال، عند ترجمة صورة إلى صوت، قد تُفسَّر صورة JPEG لخط أفقي على أنها نغمة ثابتة، بينما قد يُفسَّر الخط المائل للأعلى على أنه سلم موسيقي تصاعدي. غالبًا ما يسعى البرنامج إلى استخلاص مفاهيم أو استعارات من الوسيط (مثل الطول أو المشاعر) وتطبيق المعلومات المستخلصة لتوليد أغانٍ باستخدام الطرق التي تُمثِّل بها نظرية الموسيقى هذه المفاهيم عادةً. مثال آخر هو ترجمة النصوص إلى موسيقى، ^{[ 4 ] [ 5 ]} حيث يمكن للمؤلف الموسيقي أن يبدأ بالتأليف من خلال استخلاص المشاعر (إيجابية أو سلبية) من النص باستخدام أساليب التعلّم الآلي مثل تحليل المشاعر ، وتمثيل هذه المشاعر من حيث جودة التناغم، مثل التناغمات الصغرى (الحزينة) أو الكبرى (السعيدة) في الناتج الموسيقي المُولَّد.

تعتمد النماذج الرياضية على المعادلات الرياضية والأحداث العشوائية. وتُعدّ العمليات العشوائية الطريقة الأكثر شيوعًا لتأليف المقطوعات الموسيقية باستخدام الرياضيات . في النماذج العشوائية، تُؤلَّف المقطوعة الموسيقية نتيجةً لأساليب غير حتمية . ولا يتحكّم المُؤلِّف في عملية التأليف إلا جزئيًا من خلال ترجيح احتمالات الأحداث العشوائية. ومن الأمثلة البارزة على الخوارزميات العشوائية سلاسل ماركوف واستخدامات متنوعة للتوزيعات الغاوسية . وغالبًا ما تُستخدم الخوارزميات العشوائية جنبًا إلى جنب مع خوارزميات أخرى في مختلف عمليات اتخاذ القرار.

كما تم تأليف الموسيقى من خلال الظواهر الطبيعية. تُنتج هذه النماذج الفوضوية مقطوعات موسيقية من الظواهر المتناغمة وغير المتناغمة في الطبيعة. على سبيل المثال، منذ سبعينيات القرن الماضي، دُرست الأشكال الكسورية كنماذج للتأليف الموسيقي الخوارزمي.

كمثال على التأليف الموسيقي الحتمي باستخدام النماذج الرياضية، توفر موسوعة متواليات الأعداد الصحيحة على الإنترنت خيارًا لعزف متوالية أعداد صحيحة على شكل موسيقى ذات 12 نغمة . (يتم ضبطها مبدئيًا لتحويل كل عدد صحيح إلى نغمة على لوحة مفاتيح موسيقية ذات 88 مفتاحًا عن طريق حساب باقي قسمة العدد الصحيح على 88، بإيقاع ثابت. وبالتالي، فإن 123456، وهي الأعداد الطبيعية، تساوي نصف سلم موسيقي كروماتي). كمثال آخر، تم استخدام متوالية جميع الفواصل في التأليف الموسيقي بمساعدة الحاسوب. ^{[ 6 ]}

إحدى طرق تأليف المقطوعات الموسيقية هي عزل السمات الجمالية لنوع موسيقي معين، واستخدام هذه السمات لإنشاء مقطوعات جديدة مشابهة. تعتمد الأنظمة القائمة على المعرفة على مجموعة مُعدة مسبقًا من الحجج التي يمكن استخدامها لتأليف أعمال جديدة من نفس الأسلوب أو النوع. عادةً ما يتم ذلك من خلال مجموعة من الاختبارات أو القواعد التي يجب استيفاؤها لكي تكتمل المقطوعة. ^{[ 7 ]}

يمكن أيضًا دراسة الموسيقى كلغة ذات قواعد نحوية مميزة . تُؤلَّف المقطوعات الموسيقية من خلال بناء قواعد نحوية موسيقية أولًا، تُستخدم بدورها لإنتاج مقطوعات موسيقية مفهومة. غالبًا ما تتضمن هذه القواعد النحوية قواعد للتأليف على المستوى الكلي، كالتناغم والإيقاع ، بدلًا من النوتات الموسيقية المنفردة.

عند توليد أنماط موسيقية محددة جيدًا، يمكن النظر إلى الموسيقى على أنها مسألة تحسين توافقي، حيث يكمن الهدف في إيجاد التوليفة الصحيحة من النوتات الموسيقية التي تُقلل دالة الهدف. تحتوي دالة الهدف هذه عادةً على قواعد نمط موسيقي معين، ولكن يمكن تعلمها باستخدام أساليب التعلم الآلي مثل نماذج ماركوف. ^{[ 8 ]} وقد قام الباحثون بتوليد الموسيقى باستخدام عدد كبير من أساليب التحسين المختلفة، بما في ذلك البرمجة العددية الصحيحة، ^{[ 9 ]} وبحث الجوار المتغير، ^{[ 10 ]} والأساليب التطورية كما هو مذكور في القسم الفرعي التالي.

تعتمد الأساليب التطورية لتأليف الموسيقى على الخوارزميات الجينية . ^{[ 11 ]} تُبنى المقطوعة الموسيقية من خلال عملية تطورية . فمن خلال الطفرة والانتخاب الطبيعي ، تتطور حلول مختلفة نحو مقطوعة موسيقية مناسبة. ويؤدي التكرار المستمر للخوارزمية إلى استبعاد الحلول غير المناسبة وإنشاء حلول جديدة من تلك التي تنجو من العملية. ويشرف الناقد، وهو جزء أساسي من الخوارزمية، على نتائج هذه العملية، حيث يتحكم في جودة المقطوعات الموسيقية المُنتجة.

تُشكّل الأساليب التطورية ، بالاقتران مع عمليات التطوير، منهج التطور التنموي لتوليد وتحسين البنى المعقدة. وقد طُبّقت هذه الأساليب أيضًا على التأليف الموسيقي، حيث تُستخلص البنية الموسيقية من خلال عملية تكرارية تُحوّل مقطوعة موسيقية بسيطة للغاية (مكوّنة من بضع نغمات) إلى مقطوعة موسيقية متكاملة ومعقدة (سواء كانت نوتة موسيقية أو ملف MIDI). ^{[ 12 ] [ 13 ]}

أنظمة التعلم هي برامج لا تمتلك معرفة مسبقة بنوع الموسيقى التي تتعامل معها. بدلاً من ذلك، تجمع هذه الأنظمة مواد التعلم بنفسها من نماذج موسيقية يقدمها المستخدم أو المبرمج. ثم تُعالج هذه المواد لتُنتج مقطوعة موسيقية مشابهة للنموذج. ترتبط هذه الطريقة في التأليف الخوارزمي ارتباطًا وثيقًا بالنمذجة الخوارزمية للأسلوب الموسيقي ^{[ 14 ]} ، والارتجال الآلي ، ودراسات أخرى كعلم الإدراك ودراسة الشبكات العصبية . اقترح أساياغ ودوبنوف ^{[ 15 ]} نموذج ماركوف متغير الطول لتعلم استمرارية الزخارف والعبارات الموسيقية بأطوال مختلفة. كما قدم مارشيني وبوروينز ^{[ 16 ]} نظامًا يتعلم بنية تسجيل صوتي لجزء إيقاعي من آلة إيقاعية باستخدام التجميع غير الخاضع للإشراف وسلاسل ماركوف متغيرة الطول، ويُركّب منها تنويعات موسيقية.

نادرًا ما تنجح البرامج القائمة على نموذج خوارزمي واحد في تحقيق نتائج مُرضية من الناحية الجمالية. ولذلك، غالبًا ما تُستخدم خوارزميات من أنواع مختلفة معًا لدمج نقاط القوة وتقليل نقاط الضعف. وقد أدى إنشاء أنظمة هجينة لتأليف الموسيقى إلى فتح آفاق جديدة في مجال التأليف الخوارزمي، كما أتاح العديد من الطرق الجديدة لبناء المقطوعات الموسيقية خوارزميًا. تكمن المشكلة الرئيسية الوحيدة في الأنظمة الهجينة في تعقيدها المتزايد والحاجة إلى موارد لدمج هذه الخوارزميات واختبارها. ^{[ 17 ]}

ثمة نهج آخر، يُمكن تسميته بالتأليف بمساعدة الحاسوب ، يتمثل في إنشاء هياكل معينة خوارزميًا لتأليف مقطوعات موسيقية تُصنع يدويًا في نهاية المطاف. ففي ستينيات القرن الماضي، طوّر غوتفريد مايكل كونيغ برنامجي الحاسوب Project 1 و Project 2 للموسيقى العشوائية ، حيث كانت مخرجاتهما تُهيكل يدويًا بشكل منطقي من خلال تعليمات الأداء. وفي العقد الأول من الألفية الثانية، طوّر أندرانيك تانغيان خوارزمية حاسوبية لتحديد هياكل الأحداث الزمنية للكانونات الإيقاعية والفوغات الإيقاعية، ^{[ 18 ] [ 19 ]} والتي جرى تطويرها لاحقًا إلى مقطوعتين هارمونيتين هما Eine kleine Mathmusik I و Eine kleine Mathmusik II ؛ للاطلاع على النوتات الموسيقية والتسجيلات، انظر ^{[ 20 ] .}